Страница 51 из 53
"В чём же дело?" - недоуменно спросит читатель. - "Неужели сто лет человечество заблуждалось относительно роли брони?"
Чтобы оценить эту веху в истории подводных кабелей, задумаемся над тем, для чего собственно нужна броня в кабелях, прокладываемых по дну океана. Вспомним, как родилась броня. Первый морской телеграфный кабель, пересекший в 1850 г. Ла-Манш, был через несколько часов зацеплен рыбачьим неводом и оборван. На следующий год кабель защитили бронёй из массивных стальных проволок. Теперь ему не страшны были ни сети рыбаков, ни случайные удары корабельных якорей, ни трение о камни во время приливов и отливов. Но ведь все эти опасности угрожают прибрежным кабелям и кабелям, проложенным на мелководье. Они и по сей день нуждаются в надёжной защите и обязательно покрываются слоем, а иногда даже двумя слоями толстых, диаметром в 5-7 мм, стальных бронепроволок.
По мере удаления от берегов дно океана опускается. На глубине нескольких тысяч метров кабель не достанут ни якоря, ни тралы, он спокойно лежит на мягкой илистой подушке; постепенно слой ила заносит его сверху. Жизнь такого кабеля лишена каких-либо треволнений. Для чего же глубоководному кабелю броня?
Как ни парадоксально, но броня нужна всего лишь на несколько часов, только на время прокладки линии, да иногда на случай подъёма кабеля с целью его ремонта. Броня служит как бы пропуском кабелю, опускающемуся на океанское дно. Без стальных проволок невозможен ни "вход" кабеля в морские пучины, ни "выход" из тысячеметровых глубин. Только благодаря прочным стальным проволокам не разрывается от собственного веса отрезок кабеля длиной в несколько километров, висящий между судном и дном океана.
Убедимся в этом сами, пользуясь простейшими соотношениями. Удельный вес меди, из которой изготовляются проводники кабеля, почти 9 г на кубический сантиметр, следовательно, 1 км медной проволоки сечением в 1 мм2 весит почти 9 кг в воздухе и около 8 кг в воде. Предел прочности на разрыв составляет для мягкой медной, так называемой "электротехнической" проволоки 27 кг на 1 мм2 её сечения.
Свободно висящая медная проволока не разорвётся под влиянием собственного веса до тех пор, пока ее вес будет меньше её разрывной прочности. Для проволоки сечением в 1 мм2 предельным значением собственного веса будет 27 кг, что соответствует её длине в воде, равной 3,5 км. При большей длине медная проволока не выдержит. Это в спокойных условиях. А ведь океанский кабель прокладывается с движущегося судна, притом иногда в штормовую погоду. Висящий за кормой судна кабель испытывает порой рывки, сила которых значительно превосходит силу натяжения от собственного веса. Вспомним, сколько роковых обрывов претерпел кабель в период десятилетних попыток прокладки первой трансатлантической телеграфной линии.
Изоляция не только не упрочняет, но даже несколько ослабляет кабель. Полиэтилен в 10 раз легче меди, но его разрывная прочность в 15-20 раз меньше прочности медной проволоки. Следовательно, полиэтиленовая изоляция ложится на медную проволоку дополнительным грузом.
Как же при этих условиях опустить без обрыва кабель на глубину в несколько километров? Тут и приходит на помощь спасительная стальная броня. Удельный вес стали около 8, а разрывная прочность стальной проволоки достигает 150-175 и даже 200 кг на 1 мм2. Следовательно, стальная проволока выдержит в воде, не разрываясь, вес собственной 20-30-километровой линии. А это уже не только превосходит самые большие океанские глубины, но и обеспечивает приличный запас прочности. Проволочная броня не даёт глубоководному кабелю разорваться в процессе его прокладки. Именно она в течение столетия являлась той единственной опорой, тем несущим элементом, который удерживал многотонный вес опускающегося с судна кабеля.
И всё же очень досадно покрывать бронёй кабель только ради того, чтобы благополучно доставить его на дно. Ведь сразу же после того, как кабель улёгся на своём глубинном естественном ложе, броня на долгие годы, а большей частью навсегда становится совершенно ненужной. Вот уж поистине мёртвый капитал! И какой огромный капитал! Стальная броня весит столько же, если не больше, чем все остальные элементы конструкции кабеля. На её долю приходится от одной до двух третей веса всего кабеля. Лишь на 50% броня "работает" на сердцевину кабеля, половина её мощи расходуется на удержание самой себя. Поистине заколдованный круг!
Вес стальной брони на 1 км глубоководного кабеля составляет около 1000 кг. Значит, на сооружение каждой трансатлантической кабельной линии расходовалось по 4000 т стальной проволоки. Таких (преимущественно телеграфных) линий около тридцати только в одной Атлантике. А в Тихом и Индийских океанах? За сто с лишним лет в океанах и морях проложено более миллиона километров подводных кабелей. Следовательно, в морских глубинах бесполезно погребено свыше миллиона тонн высококачественной стальной проволоки.
Но и это ещё не всё. Наличие брони в конструкции подводного кабеля усложняет процессы его производства и особенно прокладки. Стальные бронепроволоки накладываются на кабель по спирали в каком-либо одном направлении - правом или левом. Когда с кормы судна свободно свисает длинный конец кабеля, броня, наложенная, предположим, вправо, стремится раскрутиться влево и тем самым закручивает кабель вокруг его оси. В процессе прокладки бронированный кабель делает сотни и тысячи оборотов и вследствие этого может быть свёрнут кольцами, запутан и даже повреждён. Особенно опасно это явление для кабеля со встроенными усилителями. Именно поэтому укладка на большие глубины усилителей в жёстких корпусах была в течение ряда лет невозможной. Устранить явление закручивания кабеля можно было, наложив второй повив бронепроволок в направлении, противоположном направлению первого слоя, однако это чересчур удорожило бы кабель.
Вот почему инженеры стали искать более эффективное решение и нашли его в отказе от брони вообще. Её опорная роль была передана стальному несущему сердечнику, расположенному в самом центре кабеля. Если в обычных кабелях броня внешне создавала впечатление солидной защиты кабеля, то теперь, наоборот, сам кабель как бы защищает свою опору - центральный несущий трос, скрученный из высокопрочных тонких стальных проволок. Проволоки располагаются в два повива, наложенные во взаимопротивоположных направлениях, благодаря чему кабель не испытывает стремления к закручиванию и допускает прокладку вместе с жёсткими усилителями на любые глубины. Внутренним проводником коаксиального кабеля служит медная трубка толщиной 0,3-0,6 мм, образованная из ленты, продольно накладываемой на стальной сердечник и сворачиваемой вокруг него. Соприкасающиеся края ленты непрерывно свариваются в атмосфере аргона. Далее следуют, как обычно, сплошная полиэтиленовая изоляция и внешний проводник, также из медной или алюминиевой (для облегчения веса кабеля) ленты. Защитой внешнего проводника служит наружная полиэтиленовая оболочка.
Современный глубоководный небронированный телефонный кабель
с многослойным несущим сердечником, скрученным из стальных проволок.
Внутренним и внешним проводниками служат медные трубки, разделённые полиэтиленовой изоляцией
Новый кабель получил название облегчённого, или легковесного (отнюдь не в ироническом смысле этого слова), или небронированного глубоководного кабеля. Помимо стойкости к закручиванию, небронированный кабель имеет и другие решающие преимущества перед бронированным. Прежде всего он значительно легче. И это вполне естественно, ибо суммарное сечение стальных проводок, сходящихся в самом центре кабеля, в несколько раз меньше сечения бронепроволок, располагающихся на периферии. При одинаковых электрических характеристиках вес небронированного кабеля в воде почти в пять раз меньше веса бронированного кабеля. Если же приравнять наружные диаметры кабелей, то небронированный кабель в воде будет в 2-3 раза легче бронированного. Кроме выигрыша в весе, облегчённый кабель обеспечивает меньшие потери мощности передаваемых сигналов.